Класифікація елементарних частинок

Наскільки різноманітні елементарні частинки, настільки ж різноманітні і їх характеристики. Саме на підставі характеристик і складена класифікація елементарних частинок.

Один з найважливіших показників - це маса. Важливо брати до уваги саме масу спокою частинки, оскільки в момент руху, особливо з високими швидкостями, вона значно збільшується. Іноді, не враховуючи цей факт, деякі вчені оголошували про відкриття нових частинок, хоча мали справу з давно відомими. Одиницею відліку прийнято вважати масу спокою електрона, оскільки він є найлегшою з них. У наш час класифікація елементарних частинок відповідно до їх масами спокою виглядає наступним чином:

• фотони, у яких немає маси спокою, оскільки постійно рухаються зі світловою скоростью;
• легкі частинки - лептони, до яких відносяться нейтрино і електрон
• середні частинки, які важать від однієї маси електрона до тисячі;
• важкі - баріони, що володіють масою в більш, ніж тисячу мас електрона, до яких відносяться нейтрони, протони, Гіперіон.

Наступна характеристика, за якою створена класифікація елементарних частинок, - їх електричний заряд. Він кратний заряду одного електрона (-1) завжди. Згідно даній характеристиці всі частинки діляться на позитивно заряджені, негативно заряджені і з нульовим зарядом. Передбачається також існування частинок, що мають дробовий заряд.

Ще одна характеристика, за якою створена класифікація елементарних частинок, - час їх життя:

• стабільні частинки, до яких відносяться електрон, нейтрино, фотон і протон, нейтрон зберігає стабільність до тих пір, поки знаходиться в складі ядра атома, а у вільному стані він розпадається протягом 15 хвилин;
• нестабільні частинки - всі інші. Час життя у них 10 (-10) - 10 (-24) секунд, а частинки з найкоротшою тривалість життя - резонанси, що руйнуються ще до того, як встигають покинути атомне ядро або атом. Живуть вони 10 (-25) - 10 (-26) секунди. Хоча існування такого роду частинок теоретично обчислено, але практично їх ніхто не зафіксував. У життєдіяльності людини найважливіша роль належить, звичайно, стабільним часткам, адже саме з них і побудовані всі макротела.

Наступна класифікаційна характеристика - тип взаємодії:

• лептони - частинки, які беруть участь тільки в слабкому і електромагнітному взаімодействіі;
• адрони - це частинки, які, крім перерахованих вище, беруть участь ще й у сильних взаємодіях.

Але найважливіша характеристика елементарних частинок - це спин (опис імпульсу частинки). Така величина в класичній механіці описує характеристику обертання тіла. Але фізика, розглядаючи властивості елементарних частинок, спін характеризує по-іншому - як внутрішню ступінь свободи даної частинки. Він може приймати тільки позитивні значення, які пропорційні постійної Планка, на відміну від спина в механіці, здатного приймати будь-які значення. Коефіцієнт, що виражає його пропорційність, названий квантовим спіновою числом. Для одних частинок він може мати цілочисельні (0, 1, 2), а в інших - напівцілого (1/2, 3/2) значення. Частка, що володіє 0-вим спіном, виглядає однаково при повороті її під будь-яким кутом, зі спіном в одиницю - знаходить такий же вигляд після повороту її на 360 градусів, а зі спинив рівним 2 - після повороту на 180 градусів, зі спіном в frac12- - на 720 градусів. Всі частинки з нецілим значенням спинив носять назву - ферміони. До них відносяться всі широко відомі частинки, наприклад, протони, електрони, нейтрони. Їх спини складають 1/2. А з цілочисельними - бозони. Ці речовини, по суті, є квантами полів, але навіть володіючи корпускулярними властивостями, все ж виступають у ролі полів в класичному межі. Яскравим зразком бозонів є фотон, спін у яких становить 1, а також мезони з нульовим спіном.